5 способов узнать, что DART разбил астероид (но не в буквальном смысле)

26 сентября 2022 года космический аппарат НАСА "Испытание перенаправления двойного астероида" (DART) врезался в астероид-луну Диморфос на скорости 13 000 миль в час, изменив орбиту внеземного камня вокруг более крупного астероида-компаньона Дидимос. Триумфальный успех планирования, целеуказания и автономного полета на расстояние 7 миллионов миль стал первым доказательством концепции кинетических импакторов - космических аппаратов, которые могут быть использованы для перенаправления любых будущих астероидов на курс столкновения с Землей.

Но чтобы понять, как миссия, подобная DART, будет работать в реальном апокалиптическом сценарии, астрономам и экспертам по национальной безопасности нужно много данных и детальный анализ. Данные они получили почти сразу же, поскольку почти все телескопы и датчики, которые могли быть направлены на Диморфос, были направлены еще до столкновения. И теперь подробный анализ того, что произошло, становится достоянием общественности, начиная с пяти работ, опубликованных в журнале Nature 1 марта.

В ходе исследования орбиты Диморфоса, проведенного под руководством астронома Университета Северной Аризоны Кристины Томас, международная группа специалистов подсчитала, насколько аварийная посадка DART изменила орбитальный период астероида. Используя радарные и световые кривые, измеренные по изменениям яркости Диморфоса с течением времени, они показали, что космический камень замедлился на своей орбите на 33 минуты, плюс-минус три минуты.

"Чтобы служить доказательством концепции кинетического ударного механизма планетарной обороны, DART должен был продемонстрировать, что астероид может быть нацелен на цель во время высокоскоростного столкновения и что орбита цели может быть изменена", - пишут в статье Томас и ее коллеги. "DART успешно справился с обеими задачами".

Исследователи отмечают, однако, что, вероятно, было несколько причин, по которым DART смог замедлить Диморфос на целых полчаса. Если бы единственным фактором была масса космического аппарата, орбита астероида должна была бы измениться не более чем на семь минут. Любые другие объяснения "требуют моделирования, выходящего за рамки данной работы", - пояснили они.

Во второй работе под руководством Энди Чанга, главного научного сотрудника по планетарной защите и Лаборатории прикладной физики Джона Хопкинса, выясняется, почему орбита Диморфоса так резко сместилась.

Исследование его команды показало, что "эжекты" - материал, вытряхнутый из Диморфоса силой удара DART, - усилили передачу кинетической энергии от космического аппарата и изменение орбиты астероида в 2,2-4,9 раза. Фактически, пишут авторы статьи, "значительно больше импульса было передано Диморфосу" от вылетающей эжекции, чем от самого DART.

Определение того, сколько импульса космический аппарат может передать астероиду и как это влияет на орбиту астероида, было ключевым вопросом миссии DART, и данное исследование дает ученым параметры, которых они ждали. Оно иллюстрирует диапазон эффективности кинетических импакторов, которые могут воздействовать на опасные астероиды с учетом их состава. Астероиды, которые отвечают на удар большим количеством выбросов, могут позволить космическому аппарату типа DART отклонить более крупные астероиды, чем это было бы возможно, или отклонить астероид с меньшим временем предупреждения.

Главный вывод третьей статьи, подготовленной Териком Дейли, Каролин Эрнст и Оливье Барнуином из Лаборатории прикладной физики Джона Хопкинса, заключается в том, что, несмотря на успешный удар DART и полезное усиление ударной эжекции, защита планеты остается игрой наблюдения и раннего предупреждения. "Технология кинетического ударного двигателя для отклонения астероидов требует достаточного времени предупреждения - по крайней мере, несколько лет, а лучше десятилетий, чтобы предотвратить столкновение астероида с Землей", - пишут исследователи в своей работе.

К счастью, раннее предупреждение - это то, во что НАСА вкладывало средства задолго до миссии DART. Закон о полномочиях НАСА от 2005 года предписывал космическому агентству составить каталог 90 процентов всех околоземных астероидов диаметром 460 футов и более, и эта задача уже выполнена. Сейчас НАСА строит инфракрасный космический телескоп, запуск которого запланирован на 2028 год и который поможет просканировать небо в поисках невидимых астероидов.

"NEO Surveyor представляет собой следующее поколение для способности НАСА быстро обнаруживать, отслеживать и характеризовать потенциально опасные околоземные объекты", - сказал в своем заявлении Линдли Джонсон, сотрудник НАСА по планетарной защите.

Выбросы Диморфоса не только повлияли на орбиту астероида, но и придали ему пылевой хвост, который пронесся на расстоянии более 900 миль от астероида в течение трех часов после столкновения, говорится в четвертом исследовании под руководством Цзянь-Ян Ли, старшего научного сотрудника Института планетологии.

Хотя кометы больше известны своими блестящими хвостами, астероиды также могут стать "активными", как говорят ученые, и сформировать небольшой поезд на своей задней части. Считается, что это происходит после какого-то столкновения, хотя эта идея никогда не проверялась на практике.

Сентябрьская миссия дала ученым "подробную характеристику" процесса образования хвоста из выброса и хвоста, выполняя двойную функцию - планетарной защиты и планетарной науки. "DART останется моделью для изучения вновь открытых астероидов, которые демонстрируют активность, вызванную естественными ударами", - пишут исследователи.

Последняя статья также относится к планетарной науке и представляет собой пристальный взгляд на Диморфос в состоянии похмелья после столкновения с ДАРТ. Исследование с помощью наземных телескопов в Африке и на одном из островов Индийского океана под руководством астронома Института SETI Ариэля Грейковски показало, что астероиду потребовалось более 23 дней, чтобы вернуться к уровню яркости на ночном небе до столкновения.

Анализ также показал, что в момент столкновения эжекция выглядела красноватой, что является несколько загадочным. "Как правило, активные тела в среднем выглядят более голубыми по цвету, чем их неактивные аналоги", - пишут исследователи в своей работе, приводя примеры активных комет и неактивных объектов пояса Койпера. "Некоторые из этих более красных наблюдаемых цветов поверхности могут быть обусловлены облучением органики", - добавляют они, отмечая, что лабораторные эксперименты показали, что космическая радиация может вызвать покраснение некоторых из тех же минералов, которые, вероятно, содержатся в астероидах типа Dimorphos.

Эти пять исследований - лишь первая волна продолжающейся кампании по анализу миссии DART с разных сторон. Миссия HERA Европейского космического агентства, например, встретится с Диморфосом в 2026 году, чтобы более детально оценить последствия падения DART. До тех пор НАСА и другие участники проекта могут продолжать праздновать важную веху в отношениях человечества с окружающим нас космосом.

"Я ликовал, когда DART врезался головой в астероид в ходе первой в мире демонстрации технологии планетарной обороны, и это было только начало", - заявил 1 марта в своем заявлении администратор Директората научных миссий НАСА Никола Фокс. "Эти результаты дополняют наше фундаментальное понимание астероидов и закладывают основу для того, как человечество может защитить Землю".